Способ управления гистерезисным электродвигателем

Способ управления гистерезисным электродвигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(t t) 657557

Союз Советских

С оцмалмстммескмх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЙТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено09.06.75 (2t) 2167022/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Прнорнтет—

Опубликовано 15.04.79.бюллетень № 14

Дата опубликования описания 19.04.79 (51) М. Кл.

Н 02 P 5/34

Н 02 Р 1/20 нс"/46РстВВнный I(oN697

СССР в далам язИраттни1 н вткрмтнй (53) УДК 621.313. .323 (088.8) (72) Авторы изобретения Г. И. Гуров, В. И. Нагайпев, И. Н. Орлов e A. С. Бондарь (71) Заявитель

Московский ордена Ленина энергетический институт (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГИСТЕРЕЗИСНЫМ

ЭЛ ЕКТРОДВИГ AT ЕЛ ЕМ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электропривсду электрических машин гистерезисного типа.

Известен способ перевозбуждения" гистерезисного электродвигателя путем S его кратковременного отключения от источника питания (1) . Электродвигатель отключают на такое время, что после его повторного включения ось намагниченности магнитожесткого ротора оказывается повернутой относительно оси синхронновращающегося магнитного поля статора на угол, зависящий от длительности времени отключенного режима, Скорость же ротора за время отключенного режима снижается до величины, превышающей минимальное значение, от которого после повторного включения ротор синхронизи,руется с магнитным полем без скольжейня, изменяя лишь угол нагрузки. Вследствие этого магнитожесткий ротор сохраняет дополнительную намагниченность, приобретенную от амплитудного значения

2 тока при переходном электромагнитном пропессе после повторного включения, а электродвигатель сохраняет перевозбуждение

Для гистерезисных электродвигателей преимущественно с форсированным разгоном, когда вращающие моменты при разгоне и в рабочем режиме отличаются более чем в 10 раз, известен способ управления, вклточающий частичное размагничи-. вание магнитожесткого ротора убывающим переменным относительно него . магнитным полем )2) . Частичное размагничивание производят перед снижением магнитного потока в синхронном режиме. Этот спо» соб наиболее близок к предложенному способу по технической сущности и дости гаемому эффекту.

При кратковременных динамических перегрузках, действующих на ротор, качаниях ротора, колебании момента сопротив пения нагрузки, величины, частслы и фазы напряжения питания и прбчих переходных режимах. имеет место гистерезис и песта

657557 бипьность электромеханических характеристик электродвигателя. Это является следствием отсутствия стабилизации магнитного состояния ротора при управлении гистерезисным электродвигателем. При У определенном уровне этих изменений ро» тор размагничивается, электродвигатель теряет перевозбуждение" и, если в новом состоянии его максимальный синхронный момент меньше момента сопротивления, ротор выходит из синхронизма, что требует повторной. синхронизации и перевозбуждения". Осуществляя частичное размагничивание ротора убывающим переменным полем, кроме того, снижают и максимальный синхронный момент электродвигателя в "перевоэбужденном режиме из- за уменьшения коэрцитивной сипы ротора, что ограничивает уровень снижения магнитного потока, а, следовательно, и уровень повышения КПД.

Белью изобретения является повышение стабильности электромеханических характеристик и КПД гистерезисного эпектродвигатепя эа счет стабипизации магнитного . состояния ротора.

Поставленная цепь. достигается тем, что в способе уцравпения гистерезисным электродвигателем, вкпючающем подсоеди30 нение электродвигателя к источнику, ус-. тайовление исходного уровня магнитного, потока и поспедуюшее его снижение от исходного уровня в синхронном режиме, магнитный поток вначапе снижают в cm3$ хронном режиме от исходного уровня до уровня, меньше рабочего, а затем вновь увепичивают и синхронном режиме, устанавпивая рабочий уровень магнитного потока, а также тем, что перед установкой рабочего уровня магнитного потока производят его цикпическое изменение вблизи этого у ровня.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 ил пострирует сушество физических 4 процессов; на фиг. 2-9 даны конкретные примеры регулирования напряжения и частоты по предпагаемому способу; на фиг.

10, 11 показаны примеры устройств, реализующих предлагаемый способ.

На фиг. 1 изображена упрощенная дна« грамма. изменения магнитного состояния ротора гистерезисного электродвигателя при регулировании его магнитного потока по прототипу и по данному изобретению.

По оси ординат отложена индукция В, а по оси абсцисс - напряженность H в роторе, характеризующие при конкретной геометрии электродвигатепя соответственно магнитпы Й поток rr rrrrMrrr rrrr rlrsarorrryro сину rr связлнныо с напряжением, частотой и тгком. Магrrrnrroo состояние ротора и синхронном режиме для нросгогы на диаграмме в разные моменгы времени нрелсгавлено одной точкой с максимапьной индукцией.

Пунктиром показана Основная кривая намагничивания ротора. Пусть после входа ротора в синхронизм его магнитное состо ние характеризуется вершиной петли гнстерезиса а. Исходный уровень магнитной индукции равен В,, а напряженности - Н

При перевозбуждении" по прототипу магнитный поток снижается до рабочего уровня и точка магнитног 0 сОстОяния смя щается по нисходящей ветви цетли а. Если рабочая индукция равна В, а напряженность Н2, когда магнитное состояние находится в точк пересечения нисходящей ветви и кривой О, характеризующей внешнюю по отношению к ротору магнитную цепь, реактивный ток электродвигателя близок к нулю, коэффициент мощности - к единице, а КПД вЂ” к своему максимапьному значению. Максимальный синхронный момент электродвигателя при индукции В приближенно.пропорционален плошади, ограниченной осью абсцисс, параллельной ей линией 6 на уровне В и нисходящей и восходящей ветвями петли гистереэиса а.

При случайном снижении индукции в синхронном режиме, например, из-за снижения. напряжения питания, до В и поспедующем ее повышении до прежнего уровня

В4 = В магнитное состояние изменяетй ся вначале от (В, Н ) до (В3, Н3 ) по нисходящей ветви петли а, а далее от (В, Н3 ) по восходящей ветви частотНого цикпа Й rlo положениЯ (В Н4 ) В реэупьтате при В, В Н4 = Н вследствие чего изменяются электромеханические характеристики двигателя. Если частичное размагничивание ротора в прототипе производят до исходного уровня индукции в синхронном режиме В и напряженности Н 4, то процессы происходят на петле гистерезиса а аналогично описанным.

По данному изобретению "перевозбуждение" производят не в один, а в два этапа. При этом магнитное, состояние принудительно выводят на частный цикп петли гистерезиса а. Точку отхода частного цикла, например точку (В, Н ) выбирают по ожидаемым колебаниям индукции и напряженности в роторе. В синхронном режиме индукцию понижают от В< не до

r 57557 устапааливается при ци клическом изменении магнитной индукции возле рабочего

1 уровня В . Полная стабилизация магнитных свойств происходит примерно на десятом цикле.

Рассмотрим несколько конкретных примеров применения управления гистерезисным электродвигателем по изобретению.

На фиг. 2-8 по оси абсцисс отложено

10 времяt, на оси ординат - частота f u напряжение питания U элекгродвигагеля.

Законы регулирования напряжения и частоты во времени содержат три характерных участка. Первый участок (в интервале времени от ao t. )соответствует разгону электродвигателя и установлению исходного уровня магнитного потока в синхронном режиме, второй (от С aot )снижению магнитного потока и для фиг.

4-9 его циклическому изменению, а третий (после . ) - повышению магнитной го потока до рабочего уровня и синхронизации ротора с рабочей частотой питанияг

В первом примере (см. фиг. 2) гистерезнсный электродвигатель с неподвижным ротором в момент времени подключают к источнику переменного тока, нап ример, с напряжением 380 В и частной

50 Гц. На первом участке, в интервале времени t. g ротор разгоняется, входит в сйнхройизм и к моменту времени B нем устанавливается исходный щ уровень индукции, равной например 1,1Т.

Далее, в момент времени 11, электродвигатель переключают на напряжение, например, 73 В той же частоты 50 Гц, .вследствие чего индукция в роторе пони4о жается от 1,1 Т до 0,37 Т. Под пониженным напряжением электродвигатель выдерживают В течение времени От г. 4 до t (второй участок), длительность которого е- равна, например, длительности пяти перио45 дов напрякения, т.е. 0;1 с. За это время ротор в силу своей инерционности, наприМер, сохраняет скорость неизменной, поворачиваясь на пять оборотов. В момент времени t.> электродвигатель переключают

SO с напрюкения 73 В на напряжение 127 В, увеличивая тем самым индукцию в роторе от 0,37 Т до, например, 0,5 Т. После момента Времени 2 (Tp Hй участок) электродвигатель прй напряжении 127 В

Я синхроннзируется и устанавливается ра- бочий "перевозбужденный режим, наприВ, Q до В, после чего ее в> овь увеличивают до рабочего уровня. Рабочую точку целесообразно выбрать, как и ранее, на кривой о, т. =. точку (В, Н ), где восходящая ветвь частного цикла переcezQeTcH с кривой о. В результате после выполнения указанных действий при случайном снижении индукции в синхронном режиме до В> и последующем ее повышении ао лрежнегo pQ6oeего уровня В> магнитное состояние изменяется вначале по нисходящей, а затем по восходящей ветви частного цикла . В итоге магнитное состояние вновь возвращается в точку (В, Н ) и электромеханические характеристики электродвигателя сохраня ются на прежнем уровне. При случайном увеличении индукции выше В>, например до В, и последующем ее снижении до прежнего уровня В = В нестабильУ ность характеристик обусловлена лишь несовпадением восходящей и нисходящей ветвей частного цикла з . Процессы на частных циклах петли гистерезиса р более линейны, чем на ее нисхОдящей ветви. Поэтому при выполнении дейсчвий по данному изобретению и цоложению рабочей точки на частйом цикле а (B, Н ) характеристики элек гродвигателя более стабильны в сравнении с прототипом.

Прн форсированном разгоне, когда нусковой момент более чем в 5-10 раз превышает момент сопротивления нагрузки, целесообразно понизить индукцию в синхронном режиме от В не до В з а

t до В, после чего увеличить В . На фиг. 1 показан случай, когда рабочая точI Г ка ротора располагается в (В, Н ) для обоих, случаев управления (по данйому изобретению и по прототипу). При равенстве КПД управление по данному изобретению имеет следующие преимущества.

Во-первых, характеристики электродвигат ля более стабильны (рабочая точка находится на частном цикле петли а, а не на нисходящей ветви петли e ), и, во-вто/ рых, электродвигатель при индукции В развивает больший максимальный синхронный момент (площадь, ограниченная осью абсцисс, параллельной ей линией д и ветвями петли а больше площади, ограниченной той же осью и линией и ветвями петли a ). Увеличение момента может быть

I использовано для большего снижения индукции в сравнении с В, а следователь4 но, и для большего повышения КПД.

На фиг. 1 для примера показан стабилизированный частный цикл е, который мер, с чисто активным потребляемым током и коэффициентом мощности, равным единице, магнитным полем без скольжения, изменяя лишь угол нагрузки.

В устройстве, блок-схема которого изображена на фиг. 10, напряжение и частоту питания гистерезисного двигателя

1 изменяют во времени в соответствии с фиг. 4. При этом электромагнитные процесcbl в двигателе происходят аналогично тому, как это было описано выше (см. фнг. 1).

Устройство по фиг. 10 работает следующим образом. Трехфазный двухполюсный гистерезисный двигатель 1 с помощью переключателя 2 на три положения (одно положение нейтральное) подключают на период разгона к пусковому источнику питания 3 с напряжением и частотой, равным, например, 180В и 1050 Гц. После под.— ключения ротор двигателя 1 ускоряется, достигает синхронной скорости 1050 об/с, и в нем устанавливается исходный уровень магнитного потока и индукции, равной, например, 1,1Т. Далее двигатель 1 переключателем 2 откнючают от пускового источнику питания 4 с меньшими значениями напряжения и частоты (по сравнению . с источником 3). Напряжение на двигателе 1 уменыяают в большей степени, чем частоту, например до 36 В н 1000 Гц, вследствие чего магнитный ноток и икдукция снижаются. За время переключения скорость ротора уменьшается незначительно, например до 1048 об/с и превышает рабочую синхронную скорость 1000 o6/с, ротор продолжает тормозиться, а положено оси поля статора периодически изменяется во времени. При этом индукция s роторе периодически изменяется с частотой скольжения от своего минимального знаженин наибольшего размагничивания полем статора, до максимального, например

0,38 Т в положении наибольшего цодмаг ничивания. При достижении ротором скорости, например, 1015 об/с, он синхронизируется с частотой 1000 Гц рабочего источника 4 без скольжения, изменяя лищь угол нагрузки, после чего в нем устанавливается рабочий уровень индукции, перевозбужденном режиме с синхронной скоростью вращения ротора 1000 об/с.

7 657557 8

В остальных примерах управленим (см. фиг. 3-9) на первом участке разгон и ус тановление исходного уровня потока в синхронном режиме производят, как и в первом примере, при постоянных напряжении и частоте, кроме примера по фиг. 5, где после входа ротора в синхронизм его дополнительно подмагничивают кратковре.менным увеличением напряжения в интер1 вале времени t — 1 . Далее, на вто- ром участке, магнитный поток снижают кратковременным изменением напряжения (cM. фиг. 2) коротким замыканием обмоток статора (см. фиг. 3, где короткое замыкание условно обозначено снижением

13 напряжейия до нуля и обрывом линии частоты; точки здесь означают неизменность частоты тока в обмотке для всего диапазона времени, включая и интервал корот26 кого замыкания t. — t ) . В примерах по фиг. 4-9 одновременно со снижением потока производят и его циклическое иэ менение уменьшением напряжения и небольшим уменьшением частоты (см. фиг. точника 3 и подключают к рабочему ис4}, увеличением частоты (см. фиг. 5, 6, 7}, противовключением (см. фиг. 8, me условно показано изменение знака частоты, что соответствует изменению направления вращения поля статора), переключением обмотки на источники постоянного тока с напряжением U (см. фиг.9).

После этого, на третьем участке, магнитный поток увеличивает повышением напря жения (см. фиг. 2 3) снижением частоты до прежнего уровня (см. фиг. 5, 6, 7), соответствующую частоте 1000 Гц рабоувеличением частоты до прежнего уровни чего источника Ф. По этой причине после и напряжения (см. Фиг. 9). В примерах переключения намагниченный при пуске по фиг. 4, 8 после повторной синхрониза» ции ротора с полем магнитный поток as- щу ние оси его намагниченности относительтоматически увеличивается по сравнению с его минимальным значением при циклическом изменении на втором участке. В примерах по фиг. 4, 5, 6, 8 показаны частные случаи, когда равны напряжения у чения, равного, например, 0,25 Т в попона втором и третьем участках, а по фиг.

7 — одинаковы напряжения на первом и втором участках. Комбинацией приемов всех примеров можно увеличит - количество возможных вариантов управления. щ

Все указанные в примерах действия по изменению напряжения и частоты производят за время, в течение которого скорость ротора снижается до величины, превышающей минимальное значение, от которого И равной, например, 0,34 Т. Далее электростабилизированный магнитожесткий ротор . двигатель 1 работает s установившемся после установления рабочих значений напряжения и частоты синхронизируется с

1О

657557

На фиг. 11 приведена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ управления с регулированием напряжения во времени по фиг. 2 (частота питания постоянна). Это устройство содержит обычные для автономного электропривода элементы. Гистерезисный двигатель

ГД подключен к источнику питания ИП через регулятор напряжения РН и инвертор И. Работой PH управляет программное о устройство ПУ по сигналу с устройства контроля синхронной скорости УКСС, например, включенного на вход И.

Устройство по фиг. 11 работает следующим образом. При включении ГД его скорость равна нулю и сигнал на выходе

УКСС отсутствует. С PH через И на ГД подается повышенный исходный уровень напряжения и происходит форсированный разгон ГД. При входе ГД в синхрониэм на выходе. УКСС по юляется сигнал и ПУ, PH и И отрабатывают программу изменения напряжения на ГД в синхронном режиме: вначале напряжение снижается до промежуточного уровня, а затем повышается до

25 рабочего уровня. При отработке программы ротор удерживается в синхрониэме эа счет инерции вращающихся частей и собстьенного вращающего момента. Минимальное время работы ГД при промежуточном уровне напряжения не менее двух периодов частоты питания. После отработки программы

ГД работает в перевозбужденном режиме.

Изобретение может найти применение преимущественно в синхронном элекхропри3$ воде инерционных механизмов с относительно малым временем разгона (торможения), когда по условиям разгона (торможения) пусковой (тормозной) момент электродвигателя более чем в 5-10 раэ превышает необходимый момент в установившемся рабочем режиме.

Формула изобретения

1. Способ управления гистерезисным электродвигателем путем воздействия о цепи питания якоря, включающий снижение магнитного потока в синхронном режиме от исходного уровня до рабочего уровня, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности электрсьмеханических характеристик, магнитный поток вначале снижают в синхронном режиме от исходного уровня до уровня, меньше рабочего, а затем вновь увеличивают в синхронном режиме, устанавливая рабочий уровень магнитного потока.

2.Способпоп. 1, отличаю шийся тем„что перед установкой рабочего .уровня магнитного потока производят е;о циклическое изменение вблизи этого уровня.

Источники информации, принктые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 103937, кп, Н 02 К, 19/О8, 1956.

2. Авторское свидетельство СССР

N 439882, кп. Н 02 К, 19/08, 1974.

657557

f и 1 t2 багз и

Вг.1и

Фиг.11

Составитель-. В. Кузнецова

Техреп О. Андрейко Корректор B. Куприянов

Редактор H. Каменская

Заказ 1820/55 Тираж 856 П ощчисио е

titfHllllH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ) 5, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1 1 г

Cz. b

4 4

Рю

1 1 2

Юг. у

Рог. z

С2

Йа. 4